CN103990648A

CN103990648A - 一种400MPa级锚杆钢筋及其生产方法

Info

Publication number: CN103990648A
Application number: CN201410143927.0A
Authority: CN
Inventors: 陈海军; 宋维兆; 雷洪; 张海军; 李玲
Original assignee: Baosteel Group Xinjiang Bayi Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Xinjiang Bayi Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2034-04-10
Also published as: CN103990648B

Abstract

本发明提供的一种400MPa级锚杆钢筋及其生产方法，依据MT146.2-2011规定的左旋无纵肋螺纹钢筋所做400MPa级锚杆钢筋创新，400MPa级左旋锚杆筋后续使用无需焊接、弯折，因此在成分设计上，可突破HRB400要求，充分发挥C的强化作用，在HRB400基础上减少合金特别是V、Nb、Ti等贵重合金的使用，采用常规热轧工艺，无需控冷，同时考虑尺寸因素对强度的贡献，以较低的成本生产满足性能要求的400MPa级左旋无纵肋锚杆钢筋是可行的。

Description

一种400MPa级锚杆钢筋及其生产方法

技术领域

本发明涉及锚杆钢筋生产，所设计生产的锚杆钢筋的技术参数，均满足井巷支护用树脂锚杆金属杆体的质量要求。

背景技术

在MT146.2-2011树脂锚杆第2部分规定：金属杆体及其附件中定义了三种形状的树脂锚杆金属杆体，要求优先选用屈服强度不小于335MPa的左旋无纵肋螺纹钢筋，对螺纹钢筋规定其抗拉强度、屈服强度应符合GB1499.2的规定，断后伸长率不小于15%，外观尺寸由锚杆制造企业做出要求,对屈服强度高于335MPa以上级别锚杆没有规定,由于制作锚杆时要对钢筋头部加工螺纹，若钢筋基圆尺寸小，加工时无法保证螺纹牙型，影响锚杆使用的安全性,随着技术进步和矿山井巷支护安全性的要求，需要高强度和高韧性锚杆钢筋,在400MPa级锚杆钢筋生产中，国内多采用GB1499.2-2007HRB400牌号生产，美国采用ASTMF432-2008中400MPa级、德国采用DSI标准中400MPa级牌号生产。

文献检索国内生产400MPa级锚杆钢筋，是按照HRB400的生产要求，必须采用加入V、Nb、Ti等贵合金或轧后控冷方式满足强度要求；在外观尺寸方面，左旋锚杆钢筋旋向和无纵肋在MT146.2-2011有规定（HRB400有纵肋，一般相对两面上横肋的方向相反），但基圆尺寸及偏差、横肋尺寸要求、横肋间距没有规定。

本发明是依据MT146.2-2011规定的左旋无纵肋螺纹钢筋所做的一种400MPa级锚杆钢筋创新,400MPa级左旋锚杆筋后续使用无需焊接、弯折，在成分设计上，突破HRB400要求，充分发挥C的强化作用，在HRB400基础上减少合金特别是V、Nb、Ti等贵重合金的使用，采用的常规热轧工艺，无需控冷，同时考虑尺寸因素对强度的贡献，以较低成本，满足400MPa级左旋无纵肋锚杆钢筋性能的生产要求，为企业的节能降耗起到了示范作用。

发明内容

本发明的目的在于：提供的成本较低、安全可靠、满足MT146.2-2011要求的400MPa级左旋锚杆钢筋，用于矿井巷道的支撑效果极佳，具有重要的生产意义。

本发明的目的是这样实现的：一种400MPa级锚杆钢筋及其生产方法，采用70吨电炉或150吨转炉生产左旋锚杆钢筋;

步骤1成分的质量设计：C：0.21-0.26%、Si：0.45-0.60%、Mn：1.35-1.6%、P≤0.045%、S≤0.045%、V：0.005-0.015%；

步骤2外观尺寸设计：锚杆钢筋无纵肋，横肋单向左旋，采用月牙肋，横肋侧面与钢筋表面夹角α设计为51°，横肋与钢筋轴线夹角β设计为55°；

其中钢筋内径：φ18mm为18mm、φ20mm为20.1mm、φ22mm为22.1mm;

其中钢横肋高：φ18mm为1.2mm、φ20mm为1.2mm、φ22mm为1.0mm；

其中钢横肋间距：φ18mm为13.2mm、φ20mm为13.2mm、φ22mm为12.0mm;

其中钢横肋宽度：φ18mm为2.5mm、φ20mm为2.5mm、φ22mm为1.0mm;

步骤3轧机轧制参数：

1）φ18mm轧机参数:

1#、2#架轧机轧辊采用无孔型，无孔形状的轧件尺寸：宽168-107mm×高98-110mm、辊缝值98-107mm，轧件面积16464-11770mm²、轧辊直径560-540mm、轧制速度0.22-0.31m/s;

3#-14#架轧机轧辊采用椭圆孔型、圆孔型，15#架轧机轧辊采用无孔型，16#架轧机轧辊采用圆孔型，17#、18#为成品孔型;轧件尺寸：宽121-18mm×高86-18mm、辊缝值13-2mm、轧件面积8437.73-254.5mm²、轧辊直径560-345mm、轧制速度0.44-14.5m/s;

2）φ20mm轧机参数：

1#、2#架轧机轧辊采用无孔型，无孔形状的轧件尺寸：宽168-107mm×高98-110mm、辊缝值98-107mm，轧件面积16464-11770mm²、轧辊直径560-540mm、轧制速度0.29-0.41m/s;

3#-14#架轧机轧辊采用椭圆孔型、圆孔型，15#架轧机轧辊采用无孔型，16#架轧机轧辊采用圆孔型，17#、18#为成品孔型;轧件尺寸：宽121-20.1mm×高86-20.1mm、辊缝值13-2mm、轧件面积8437.73-330mm²、轧辊直径560-345mm、轧制速度0.57-14.5m/s;

3）φ22mm轧机参数：

1#、2#架轧机轧辊采用无孔型，无孔形状的轧件尺寸：宽170-107mm×高100-110mm、辊缝值100-107mm，轧件面积11770-16464mm²、轧辊直径560-540mm、轧制速度0.23-0.33m/s;

3#-14#架轧机轧辊采用椭圆孔型、圆孔型，15#架轧机轧辊采用无孔型，16#架轧机轧辊采用圆孔型，17#、18#为成品孔型；轧件尺寸：宽121-22.1mm×高86-22.1mm、辊缝值13-1.5mm、轧件面积8437.73-380.1mm²、轧辊直径560-345mm、轧制速度0.46-10.2m/s;

步骤4取样检测验证：φ18抗拉强度MPa633-664、屈服强度MPa429-445、延伸率24-29%；φ20抗拉强度MPa600-643、屈服强度MPa418-424、延伸率22.5-28.5%;φ22抗拉强度MPa607-610、屈服强度MPa424-434、延伸率23.5-25.5%。

本发明的理论依据：亚共析钢随着成分中C含量的增加，强度硬度增高,400MPa锚杆钢是一种低合金亚共析钢，也同样遵循上述理论,钢材能承受拉力大小与截面积有关，截面越大，承受力值越大，实际截面大于公称界面时，按公称截面计算的强度值也越大，当锚杆钢筋控制基圆尺寸偏正差时，有助于提高钢筋强度；左旋锚杆主要承受轴向力，无需焊接，强度可以靠提碳来实现;但锚杆做为一种安全保证构件，危险来临时要受到冲击力，需要有一定的塑韧性,钢材的塑性随碳含量的增加而减小，所以碳含量又不能太高,在成分设计中，在C钢基础上加入Si、Mn合金和微量的V，利用Si、Mn对亚共析钢强度和塑性的影响以及V的析出和细晶强化作用来提高强度减轻因提碳降低的塑性,冷弯性能可以体现钢材的韧性和内质，MT146.2-2011对左旋锚杆钢筋没有规定冷弯检测，本发明为保证安全性，增加冷弯检测指标，彰显技术进步。

附图说明

本发明结合附图作进一步说明。

附图1依据MT146.2-2011规定，确定无纵肋螺纹钢式树脂锚杆金属杆体及附件示意图；

如图所示：1-杆体、2-托盘、3-球垫、4-螺母。

附图2依据MT146.2-2011规定，确定左旋锚杆钢筋表面及截面形状示意图；

如图所示：d1-钢筋内径、α-横肋斜角、h-横肋高度、β-横肋与轴线夹角、l-横肋间距、b-横肋顶宽。

具体实施方式

本发明结合实施例作进一步说明。

实施例

一、设计合理的工艺控制参数并与HRB400对比,见表1、2。

1）成分以质量百分比设计：

表1成分要求%

由上表数据得知：（1）400MPa锚杆钢筋碳含量高于HRB400要求；（2）加V低无需控冷轧制，HRB400若不加V、Nb、Ti或控冷轧制，强度无法满足要求。

2）外观尺寸设计

采用月牙肋，横肋侧面与钢筋表面夹角α设计为51°，横肋与钢筋轴线夹角β设计为55°，其形状见图2，尺寸及允许偏差，见表2。

表2尺寸及允许偏差

由上表数据得知：（1）锚杆钢筋无纵肋，相对两面上横肋方向相同，HRB400有纵肋，相对两面上横肋方向相反；（2）锚杆钢筋内径与公称直径相同且偏正差，而HRB400内径小于公称直径为对称公差；（3）锚杆钢筋横肋高度低于HRB400；（4）锚杆钢筋横肋间距大于HRB400；（5）锚杆钢筋横肋宽度与HRB400也不相同，不过GB1499.2中横肋宽为参考尺寸。

二、连铸方坯的冶炼工艺

采用与HRB400相同的冶炼工艺按照表1所设计的成分生产的150mm×150mm连铸方坯。即电炉（转炉）冶炼—LF精炼—连铸—（成分见表1、150mm×150mm方坯）轧制—检验合格。

三、小型连轧机组轧制

采用常规HRB400加热控制，在小型棒线连轧机组上按照确定的各架轧机参数轧制出符合表2要求的成品钢材。

四、生产实例

1）φ18mm400MPa级锚杆钢筋的轧制：采用按照表1设计的成分要求生产的150mm×150mm连铸方坯，在小型连轧机组按照常规HRB400加热，按表3确定的轧机参数要求轧制，轧机参数见表3（成品孔型参数为表2要求）。

表3φ18mm轧机参数

Φ18左旋锚杆钢筋（尺寸mm\面积mm²\速度m/s）

2）φ20mm400MPa级锚杆钢筋的轧制：采用按照表1设计的成分要求生产的150mm×150mm连铸方坯，在小型连轧机组按照常规HRB400加热，按表4确定的轧机参数要求轧制,轧机参数见表4（成品孔型参数为表2要求）。

表4φ20mm轧机参数

Φ20左旋锚杆钢筋（尺寸mm\面积mm²\速度m/s）

3）φ22mm400MPa级锚杆钢筋的轧制：采用按照表1设计的成分要求生产的150mm×150mm连铸方坯，在小型连轧机组按照常规HRB400加热，按表5确定的轧机参数要求轧制,轧机参数见表5（成品孔型参数为表2要求）。

表5φ22mm轧机参数

Φ22左旋锚杆钢筋（尺寸mm\面积mm²\速度m/s）

五、本产品的效果验证：

按照本技术方案，生产的φ18mm、φ20mm、φ22mm400MPa级锚杆钢筋，各规格取样检测数据见表6、表7、表8；

表6取样成分情况%

表7取样性能情况

序号

样品编号

规格mm

抗拉强度MPa

屈服强度MPa

延伸率%

弯曲

1

1305-0623

φ18

664/662

442/441

25/26.5

合格

2

1305-0624

φ18

659/660

445/439

26/24

合格

3

1Z319254B

φ18

639/641

429/429

29/29

合格

4

1Z319255A

φ18

635/633

435/431

26.5/26.5

合格

5

1205-1758

φ20

638/643

418/420

28.5/28

合格

6

1Z309329A

φ20

600/600

424/424

22.5/22.5

合格

7

1305-0525

φ22

607/608

424/425

24.5/25.5

合格

8

1Z309297A

φ22

609/610

427/434

23.5/24.5

合格

表8取样尺寸（mm）

由上表数据得知：生产的φ18mm、φ20mm、φ22mm400MPa级锚杆钢筋成分检测满足表1要求，外观尺寸在表2要求的范围内，目测均无纵肋，抗拉强度、屈服强度符合GB1499.2的400MPa钢筋的要求，延伸符合MT146.2和设计要求，实测内径全大于公称内径，可满足钢筋头部加工螺纹的需要，从检测结果看出，按照本发明要求生产的400MPa级锚杆钢筋，能够满足MT146.2对左旋无纵肋锚杆的性能、尺寸和加工的要求。

本发明适用于电炉或转炉冶炼、小型连轧机组生产的φ18mm、φ20mm、φ22mm4400MPa级左旋锚杆钢筋的生产，也可按照MT146.2规定的φ16mm、φ25mm规格，在调整轧机参数后按照同样的方法生产满足要求的400400MPa级左旋锚杆钢筋。

Claims

1.一种400MPa级锚杆钢筋及其生产方法，其特征在于：采用70吨电炉或150吨转炉生产左旋锚杆钢筋;

步骤1成分质量设计：C：0.21-0.26%、Si：0.45-0.60%、Mn：1.35-1.6%、P≤0.045%、S≤0.045%、V：0.005-0.015%；

其中钢筋内径：φ18mm为18mm、φ20mm为20.1mm、φ22mm为22.1mm;

其中钢横肋高：φ18mm为1.2mm、φ20mm为1.2mm、φ22mm为1.0mm；

其中钢横肋间距：φ18mm为13.2mm、φ20mm为13.2mm、φ22mm为12.0mm;

其中钢横肋宽度：φ18mm为2.5mm、φ20mm为2.5mm、φ22mm为1.0mm;

步骤3轧机轧制参数：

1）φ18mm轧机参数:

1#、2#架轧机轧辊采用无孔型，轧件尺寸：宽168-107mm×高98-110mm、辊缝值98-107mm，轧件面积16464-11770mm²、轧辊直径560-540mm、轧制速度0.22-0.31m/s;

3#-14#架轧机轧辊采用椭圆孔型、圆孔型，15#架轧机轧辊采用无孔型,16#架轧机轧辊采用圆孔型，17#、18#为成品孔型;轧件尺寸：宽121-18mm×高86-18mm、辊缝值13-2mm、轧件面积8437.73-254.5mm²、轧辊直径560-345mm、轧制速度0.44-14.5m/s;

2）φ20mm轧机参数：

1#、2#架轧机轧辊采用无孔型，轧件尺寸：宽168-107mm×高98-110mm、辊缝值98-107mm，轧件面积16464-11770mm²、轧辊直径560-540mm、轧制速度0.29-0.41m/s;

3#-14#架轧机轧辊采用椭圆孔型、圆孔型，15#架轧机轧辊采用无孔型,16#架轧机轧辊采用圆孔型，17#、18#为成品孔型;轧件尺寸：宽121-20.1mm×高86-20.1mm、辊缝值13-2mm、轧件面积8437.73-330mm²、轧辊直径560-345mm、轧制速度0.57-14.5m/s;

3）φ22mm轧机参数：

1#、2#架轧机轧辊采用无孔型，轧件尺寸：宽170-107mm×高100-110mm、辊缝值100-107mm，轧件面积11770-16464mm²、轧辊直径560-540mm、轧制速度0.23-0.33m/s;

3#-14#架轧机轧辊采用椭圆孔型、圆孔型，15#架轧机轧辊采用无孔型,16#架轧机轧辊采用圆孔型，17#、18#为成品孔型；轧件尺寸：宽121-22.1mm×高86-22.1mm、辊缝值13-1.5mm、轧件面积8437.73-380.1mm²、轧辊直径560-345mm、轧制速度0.46-10.2m/s;

2.依据权利要求1所述方法：其特征在于：按照成分设计生产150mm×150mm连铸方坯，将钢坯置于加热炉中加热至1050-1150℃，保温后出炉，用小型连轧机组依据设定参数轧制即可。